第三節(jié) DNA的二級結(jié)構(gòu)

第二章核酸第三節(jié)DNA的二級結(jié)構(gòu)(一)二級結(jié)構(gòu)的概念空間結(jié)構(gòu)：多核苷酸鏈內(nèi)或鏈間通過氫鍵折疊而成的構(gòu)象。

DNA的二級結(jié)構(gòu)是指DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA的兩條鏈圍著同一中心軸旋繞而成的空間結(jié)構(gòu)。DNA的雙螺旋模型是由Watson和Crick兩位科學(xué)家于1953年提出的。三、DNA的二級結(jié)構(gòu)(二)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提出的依據(jù)三、DNA的二級結(jié)構(gòu)1、DNA的X-射線衍射圖(FranklinandWilkins)(1)衍射斑點呈交叉狀分布；(2)衍射點之間的距離與層次表明有0.34nm和3.4nm的周期性；(3)圖的頂上和底部是最強的衍射斑點，呈帶狀。(二)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提出的依據(jù)三、DNA的二級結(jié)構(gòu)2、DNA的堿基組成分析（Chargaff定則）Chargaff規(guī)則的內(nèi)容

Ⅰ.所有DNA：A=T、G=C，即A+G=T+C

Ⅱ.DNA的堿基組成具有種的特異性，即不同種的DNA堿基組成不一樣

Ⅲ.對同一生物物種，DNA的堿基組成沒有組織和器官的特異性

Ⅳ.DNA的堿基組成不隨年齡、營養(yǎng)狀況及環(huán)境的改變而改變Chargaff規(guī)則的意義該規(guī)則為后來建立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型奠定的基礎(chǔ)，并為闡明DNA的生物學(xué)功能提供了重要依據(jù)。糖環(huán)平面與中軸平行；堿基則伸向螺旋內(nèi)部，堿基平面與中軸垂直。由兩條反向平行的脫氧多核苷酸鏈圍繞同一中心軸構(gòu)成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。由糖-磷酸通過3’,5’磷酸二酯鍵相互連接構(gòu)成的主鏈處于螺旋外側(cè)。(三)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的基本特征1主鏈5’5’3’3’中心軸P106(三)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的基本特征A

=

TGC≡（堿基互補具有極其重要的生物學(xué)意義，是DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)）2堿基配對P108(三)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的基本特征3螺旋參數(shù)0.34nm36°3.4nm2nm10nt堿基堆積距離0.34nm。每對脫氧核苷酸殘基沿縱軸旋轉(zhuǎn)36°所以每10個堿基對形成一個螺旋，螺距3.4nm。雙螺旋直徑為2nm。雙螺旋表面形成兩種凹槽：較淺的叫小溝，另一條叫大溝。大溝(2.2nm)：寬深小溝(1.2nm)：窄深4大溝和小溝P111大溝小溝GCATP113(四)維持雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的力三、DNA的二級結(jié)構(gòu)互補堿基之間的氫鍵堿基堆集力：堿基堆集成非極性的核心區(qū)域，相互間產(chǎn)生疏水作用和范德華力

離子鍵：磷酸殘基上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽離子之間形成離子鍵。帶正電荷的蛋白質(zhì)可與帶負(fù)電荷的DNA結(jié)合。(五)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的形式三、DNA的二級結(jié)構(gòu)螺旋槳扭轉(zhuǎn)（Propellertwist）：就是一個堿基對中的兩個堿基并不處于同一平面中，而是兩個堿基平面相對堿基的長軸各自向著相反的方向扭轉(zhuǎn)。如果沿著堿基對的長軸看去，靠近的一個堿基總是順時針方向扭轉(zhuǎn)。這樣形成的角度就是螺旋漿扭角。P116螺旋槳扭轉(zhuǎn)（Propellertwist）螺旋槳扭轉(zhuǎn)（Propellertwist）螺旋槳扭轉(zhuǎn)（Propellertwist）P1171.B-DNA：典型的Watson-Crick雙螺旋DNA相對濕度92%

DNA鈉鹽（較低）

(五)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的形式三、DNA的二級結(jié)構(gòu)P117

螺旋類型

B適中螺旋方向右手螺旋直徑nm2.37堿基堆積距離nm

0.34堿基夾角34.6°每圈堿基數(shù)10.4螺距nm3.32軸心位置穿過堿基對堿基傾角-1°糖環(huán)折疊C2′內(nèi)式糖苷鍵構(gòu)象反式大溝很寬、較深小溝狹、較深1.B-DNA：典型的Watson-Crick雙螺旋DNA堿基螺旋槳扭角16°2.A-DNA：相對濕度75%

DNA鈉鹽（較高）

(五)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的形式三、DNA的二級結(jié)構(gòu)P117

螺旋類型

A粗短螺旋方向右手螺旋直徑nm2.55堿基堆積距離nm

0.23堿基夾角32.7°每圈堿基數(shù)11螺距nm2.46軸心位置不穿過堿基對堿基傾角19°糖環(huán)折疊C3′內(nèi)式糖苷鍵構(gòu)象反式大溝很狹、很深小溝很寬、淺2.A-DNA：堿基螺旋槳扭角18°3.Z-DNA：相對濕度43%DNA鈉鹽（高）含有鳥嘌呤，嘌呤與嘧啶交替出現(xiàn)5-甲基胞嘧啶可誘使B-DNA轉(zhuǎn)化為Z-DNA(五)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的形式三、DNA的二級結(jié)構(gòu)P117A-DNAB-DNAZ-DNA3.Z-DNA

螺旋類型

Z細(xì)長螺旋方向左手螺旋直徑nm1.84堿基堆積距離nm

0.38堿基夾角60°每圈堿基數(shù)12螺距nm4.56軸心位置不穿過堿基對堿基傾角-9°糖環(huán)折疊嘧啶C2′內(nèi)式，嘌呤C3′內(nèi)式糖苷鍵構(gòu)象C反式,G順式大溝平坦小溝較狹、很深堿基螺旋槳扭角0°

螺旋類型

A粗短B適中Z細(xì)長螺旋方向右手右手左手螺旋直徑nm2.552.371.84堿基堆積距離nm

0.230.340.38堿基夾角32.7°34.6°60°每圈堿基數(shù)1110.412螺距nm2.463.324.56軸心位置不穿過堿基對穿過堿基對不穿過堿基對堿基傾角19°-1°-9°糖環(huán)折疊C3′內(nèi)式C2′內(nèi)式嘧啶C2′內(nèi)式，嘌呤C3′內(nèi)式糖苷鍵構(gòu)象反式反式C、T反式,G順式大溝很狹、很深很寬、很深平坦小溝很寬、淺狹、深較狹、很深各種DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)參數(shù)堿基螺旋槳扭角18°16°0°A-DNAB-DNAZ-DNAZ-DNA有什么生物學(xué)意義呢?Z-DNA的形成通常在熱力學(xué)上是不利的。因為Z-DNA中帶負(fù)電荷的磷酸根距離太近了，這會產(chǎn)生靜電排斥。但是，DNA鏈的局部不穩(wěn)定區(qū)的存在就成為潛在的解鏈位點。DNA解螺旋卻是DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄等過程中必要的環(huán)節(jié)，因此認(rèn)為這一結(jié)構(gòu)與基因調(diào)節(jié)有關(guān)。比如SV40增強子區(qū)中就有此結(jié)構(gòu)，又如鼠類微小病毒DNS復(fù)制區(qū)起始點附近有GC交替排列序列。P117DNA雙螺旋每旋轉(zhuǎn)一周，沿軸上升的高度是多少?

(A)5.4nm(B)0.34nm(C)3.4nm(D)0.15nm

下列關(guān)于雙鏈DNA堿基含量關(guān)系，哪個是錯誤的?

(A)A=TG=C(B)A+T=G+C(C)A+G=C+T(D)A+C=G+T

B-DNA雙螺旋沿軸多少nm旋轉(zhuǎn)一整圈

，每圈共有多少堿基對中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)2001，2002碩士生物化學(xué)入學(xué)考試試卷人基因組DNA共有3x10^9個堿基對,拉成一條直線長度為_______________cm（復(fù)旦生物化學(xué)98）約102小結(jié)DNAdouble-helixstructure

B-DNA(Watson-CrickDNA)

A-DNA

Z-DNA第四節(jié)DNA分子的高級結(jié)構(gòu)1單鏈核苷酸形成的二級結(jié)構(gòu)發(fā)夾結(jié)構(gòu)（Hairpinstructure)DNARNADNA&RNAP1332反向重復(fù)序列與二級結(jié)構(gòu)2.1定義反向重復(fù)序列（invertedrepeat)：又稱回文序列，指在雙鏈DNA序列中按確定的方向閱讀雙鏈中的每一條鏈的序列都是相同的。反向重復(fù)序列占人基因組的5％5′GGTACC3′

3′CCATGG5′NNNGAACGTCCNNNGGACGTTCNNNNNNCTTGCAGGNNNCCTGCAAGNNNCCTGCAAGGGACGTTCNNNCTTGCAGGGAACGTCCNNNNNNNNNNNNNNN反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列下述序列中，在雙鏈狀態(tài)下屬于完全回紋結(jié)構(gòu)的序列是

A、AGTCCTGAB、AGTCAGTCC、AGTCGACTD、GACTCTGAE、CTGAGATC北京醫(yī)科大學(xué)1999年招收攻讀碩士研究生入學(xué)試題生物化學(xué)3.1定義3DNA超螺旋結(jié)構(gòu)如果固定DNA分子的兩端，或者本身是共價閉合環(huán)狀DNA或與蛋白質(zhì)結(jié)合的DNA分子，DNA分子兩條鏈不能自由轉(zhuǎn)動，額外的張力不能釋放，DNA分子就會發(fā)生扭曲，用以抵消張力。這種扭曲稱為超螺旋（supercoil).CovalentlyclosedcircularDNA,cccDNAP1223.2種類3DNA超螺旋結(jié)構(gòu)負(fù)超螺旋：當(dāng)DNA分子沿軸扭轉(zhuǎn)的方向與雙螺旋的方向相反時，所形成的超螺旋。（使DNA解螺旋以減少張力,稱為松旋效應(yīng)）正超螺旋：當(dāng)DNA分子沿軸扭轉(zhuǎn)的方向與雙螺旋的方向相同時，所形成的超螺旋。（造成雙螺旋的過旋而增加張力,稱為緊旋效應(yīng)）3.3特征數(shù)3DNA超螺旋結(jié)構(gòu)3.3.1連環(huán)數(shù)或連接數(shù)（linkingnumber)雙螺旋DNA中兩條鏈相互交叉的次數(shù)。LorLk3.3.2扭轉(zhuǎn)數(shù)（twistingnumber)雙螺旋DNA中一條鏈繞另一條鏈的扭轉(zhuǎn)數(shù)，即DNA分子中Watson-Crick螺旋數(shù)。TorTw3.3.3纏繞數(shù)（writhingnumber)雙螺旋DNA中螺旋軸的自我交叉數(shù)，即超螺旋數(shù)目。WorWrL=T+WP122P122L-L0=△L連環(huán)差(linkingdifference)△L/L0=λ(σ)比連環(huán)差（specificlinkingdifference)超螺旋密度（△T=0）3.3.4連環(huán)差和比連環(huán)差P124△L/L0=(L-L0)/L0=(32-36)/36=-4/36=-0.11P1303.4自然界中的超螺旋P1243.5超螺旋結(jié)構(gòu)的生物學(xué)意義

DNA被壓縮和包裝，使其體積大大減小

增加了DNA的穩(wěn)定性

可能與復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的調(diào)控有關(guān)拓?fù)洚悩?gòu)酶長度相同而連環(huán)數(shù)不同的共價閉環(huán)DNA分子叫做DNA拓?fù)洚悩?gòu)體拓?fù)洚悩?gòu)體P1295拓?fù)洚悩?gòu)酶5.1拓?fù)洚悩?gòu)酶II5.2拓?fù)洚悩?gòu)酶IP1255.1拓?fù)洚悩?gòu)酶IIATP:ATP水解的能量被用于DNA-拓?fù)洚悩?gòu)酶復(fù)合物的分子構(gòu)像的改變，而并不是DNA鏈的斷裂或重新連接Two-step1:切開2：連接5.2拓?fù)洚悩?gòu)酶IIP126